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“DIGESTIÓN ANAEROBIA DE NUTRIENTES EXTRAÍDOS DE LA 
FRACCIÓN ORGÁNICA DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS” 
 
 
TESIS 
PARA OBTENER EL TÍTULO DE: 
INGENIERO QUÍMICO 
 
PRESENTA: 
 
 
 
 
 México, D.F. 2014
 
 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
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JURADO ASIGNADO 
 
PRESIDENTE: MARÍA RAFAELA GUTIÉRREZ LARA 
VOCAL: JOSÉ AGUSTÍN GARCÍA REYNOSO 
SECRETARIO: SIMÓN GONZÁLEZ MARTÍNEZ 
1er SUPLENTE: SERGIO ADRIÁN GARCÍA GONZÁLEZ 
2do SUPLENTE: ALEJANDRA MENDOZA CAMPOS 
 
 
SITIO DONDE SE DESARROLLÓ EL TEMA: 
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA AMBIENTAL, INSTITUTO DE INGENIERÍA, 
UNAM 
 
 
ASESOR DEL TEMA: 
SIMÓN GONZÁLEZ MARTÍNEZ __________________ 
 
SUSTENTANTE 
HUGO FRANCISCO CASTILLO GONZÁLEZ __________________ 
 
 
 
 
 
Martin Mosebach 
 
 
 
 
 
Reconocimientos 
 
A la Universidad Nacional Autónoma de México, que desde bachillerato me ha 
acogido en sus aulas y me ha hecho crecer como persona y profesionista. 
Además de haberme brindado el apoyo económico durante toda mi trayectoria 
universitaria a través de programas de alto rendimiento. 
A la Facultad de Química que por nueve semestres fue mi hogar y semillero de 
conocimientos, por inculcarme una cultura científica seria y valores profesionales. 
Por hacerme un profesionista preparado, ¡gracias! 
Al Instituto de Ingeniería por haberme proporcionado todos los medios 
necesarios para desarrollar mi estancia académica y la presente tesis, además 
de presentarme la forma de trabajo en un laboratorio de investigación. 
Al Dr. Simón González Martínez por su apoyo, paciencia, consejos y asesorías 
durante todo el proceso. Además de ser un tutor completamente personalizado y 
dedicado. 
A la Q.A. Julieta Sandoval Guillén por toda la ayuda en el planteamiento, técnicas 
necesarias y comprensión del trabajo experimental 
A la M.I. Rosalinda Campuzano Ángeles por la asesoría técnica, enseñanza de 
técnicas y realización de cálculos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Agradecimientos 
A mi madre, Socorro González Victoria, guerrera incansable en mi vida, 
agradezco profundamente todo el amor y apoyo incondicional que me ha dado y 
por enseñarme a no ser conformista, ¡mamá, eres la mejor! A mi padre, Hugo A. 
Castillo Ahuatl, por mostrarme el camino de la honradez y trabajo bien hecho. 
A mis hermanos, Dana y Daniel, por creer y estar al pendiente de mí, además de 
darme siempre una dosis de risa a pesar de las circunstancias. A Schnappi, por 
su lealtad y acompañarme en desvelos. 
A la familia que siempre ha estado presente: Lolita Victoria, Leonor Áhuatl, 
Gerardo y Adriana Castillo, y especialmente mi querida prima Danae Contreras. 
¡Gracias, familia! 
A mis mejores amigos de esta etapa universitaria (y para la posteridad): Clarisa 
Retana, Julieta Jiménez, Julián Torres, Osvaldo Sánchez y Daniela Mora. Las 
risas, “pastos”, clases, salidas, reuniones y momentos con cada uno de ustedes 
son siempre para mí una parte importante en mi vida. 
A la M en C Glinda Irazoque Palazuelos, por haber sido muchísimo más que mi 
tutora durante toda la carrera. Gracias por todo el apoyo, consejos, ayuda y 
mostrarme la importante y enriquecedora experiencia por la Facultad. 
Al Dr. Milton Thadeu Garcia Medeiros de Oliveira por haber sido un profesor que 
marcó mi trayectoria en la Facultad, por apadrinar a mi generación y ser más allá 
que un académico: un amigo y consejero. Muito obrigado! 
¡Gracias, Facultad de Química! 
A todos mis amigos y colegas de la Facultad de Química: Diego Vargas, Edwin 
Avella, Oscar Marcial, Steph Jiménez, Angie Ávila, Liz Vázquez, Luz Villegas e 
Ivonne Vázquez. También a los amigos del Instituto de Ingeniería: Verónica 
Rodríguez, Luis Adrián Barraza y Sandra Carlos. 
A los amigos que han trascendido en mi vida y han sido gran apoyo en algún 
momento: Itzé Mota, Estefanía Castillo, Rudy Esquivel, Celia Carreón, Fanny 
García, Zoé Iglesias, Abraham Nieto, Gustavo Cruz, Rafael Cabrera, Carlos 
Molina, Penélope Castro, Ricardo Vaquero, Alejandra Campos, Estéfano 
Andrade, David Sandoval, Lisset Salinas, Mikko Salminen, Lukas Klös, Joseba 
Ortega, Estefanía De la Garza, Carolina García y Cinthia Hernández. 
¡Gracias, amigos! 
 
TABLA DE CONTENIDO Página 
RESUMEN ............................................................................................................. 1 
1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 2 
1.1 Objetivos ................................................................................................... 3 
1.1.1 General ............................................................................................... 3 
1.1.2 Específicos ......................................................................................... 3 
1.2 Alcances ................................................................................................... 3 
2. RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS................................................................... 4 
2.1 Generación ............................................................................................... 4 
2.2 Clasificación .............................................................................................. 4 
2.3 Composición de los residuos sólidos urbanos ........................................... 5 
2.4 Composición de los residuos sólidos orgánicos ........................................ 5 
2.4.1 Carbohidratos ..................................................................................... 5 
2.4.2 Proteínas ............................................................................................ 6 
2.4.3 Lípidos ................................................................................................ 6 
3. EXTRACCIÓN LÍQUIDO-SÓLIDO ................................................................... 8 
3.1 Principios generales de la extracción líquido-sólido .................................. 9 
3.2 Factores que influyen sobre la velocidad de extracción .......................... 10 
3.3 Solubilidad .............................................................................................. 11 
4. DIGESTIÓN ANAEROBIA ............................................................................. 12 
4.1 Aspectos bioquímicos ............................................................................. 12 
4.2 Microbiología ........................................................................................... 13 
4.3 Inhibición de la digestión anaerobia ........................................................ 14 
4.4 Procesos comerciales para la producción de biogás vía digestión 
anaerobia .......................................................................................................... 16 
5. PRETRATAMIENTOS DE LA FRACCIÓN ORGÁNICA DE LOS RESIDUOS 
SÓLIDOS URBANOS .......................................................................................... 18 
5.1 Pretratamientos físicos ............................................................................ 18 
5.2 Pretratamientos químicos ........................................................................ 19 
5.3 Pretratamientos biológicos...................................................................... 20 
6. METODOLOGÍA ............................................................................................ 22 
6.1 Homogenización y caracterización de la FORSU .................................... 23 
 
6.2 Extracción con agua como solvente ........................................................ 24 
6.3 Extracción de proteínas........................................................................... 25 
6.4 Extracción de grasas y aceites ................................................................ 26 
6.5 Potencial bioquímico de metano ............................................................. 28 
7. RESULTADOS .............................................................................................. 30 
7.1 Homogenización y caracterización de la FORSU .................................... 30 
7.2 Extracción con agua como solvente ........................................................ 31 
7.3 Extracción de proteínas........................................................................... 32 
7.4 Extracción de grasas y aceites ................................................................ 33 
7.5 Comparación de extracciones ................................................................. 34 
7.6 Potencial bioquímico de metano ............................................................. 36 
8. CONCLUSIONES .......................................................................................... 41 
9. REFERENCIAS ............................................................................................. 43 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 Página 
Figura 6.1 Diagrama de la metodología general. 24 
Figura 6.2 Extracción de FORSU con agua como solvente 25 
Figura 6.3 Extracción de FORSU con solución alcalina como 
solvente. 
26 
Figura 6.4 Sistema de extracción Soxhlet. 27 
Figura 6.5 Proceso de extracción Soxhlet con éter como solvente. 27 
Figura 6.6 Equipo de AMTPS. 28 
Figura 7.1 Arrastre de sólidos por kilogramo de FORSU bajo 
diferentes métodos de extracción. 
34 
Figura 7.2 Arrastre de DQO por kilogramo de FORSU bajo 
diferentes métodos de extracción. 
35 
Figura 7.3 Arrastre de nitrógeno con base en kilogramo de 
FORSU bajo diferentes métodos de extracción a) 
Kjeldal b) amoniacal. 
35 
Figura 7.4 Arrastre de carbohidratos por kilogramo de FORSU. 36 
Figura 7.5 Producción normalizada (1 atm, 273.15 K) por 
kilogramo de sólidos volátiles de FORSU. 
38 
Figura 7.6 Porcentaje de metano en el biogás por día. 38 
Figura 7.7 Producción de metano normalizada por kilogramo de 
FORSU. 
39 
 
LISTA DE TABLAS 
 Página 
Tabla 4.1 Tipos de microorganismos involucrados en cada etapa 
de la digestión del material polimérico (Adaptado 
de Stronach et al., 1986). 
15 
Tabla 6.1 Técnicas analíticas empleadas. 24 
Tabla 7.1 Caracterización de la FORSU (con base en un kg de 
FORSU). Las determinaciones poseen error estándar 
de 5 %. 
31 
Tabla 7.2 Características del bagazo y lixiviado de la extracción 
acuosa (con base en miligramos por kg de FORSU). 
Las determinaciones poseen error estándar de 5 %. 
31 
Tabla 7.3 Características del bagazo y lixiviado de la extracción 
alcalina (con base en miligramos por kg de FORSU). 
Las determinaciones poseen error estándar de 5 %. 
32 
Tabla 7.4 Características del bagazo de la extracción Soxhlet 
(con base en miligramos por kg de FORSU). Las 
determinaciones poseen error estándar de 5 %. 
33 
 Página 1 
 
RESUMEN 
Con base en resultados de trabajos previos de titulación se observó que los tiempos 
de reacción de la digestión anaerobia de la fracción orgánica de los residuos sólidos 
urbano (FORSU) se reducen si se hace el tratamiento de extracción de componentes 
fundamentales en la producción de metano. No obstante, el bagazo resultante aún 
produce una cantidad de metano considerable. El siguiente trabajo propuso 
aumentar la extracción de las macromoléculas a digerir. 
El objetivo de este trabajo fue determinar el potencial bioquímico de metano de los 
grupos de macromoléculas (proteínas, carbohidratos, grasas, etc.) que se pueden 
extraer de la FORSU con diversos métodos de separación por solubilización. 
Se utilizó una muestra de la FORSU de la Ciudad de México, la cual fue previamente 
caracterizada. Esta muestra se sometió a lixiviación con agua destilada y solución 
alcalina, así como extracción Soxhlet con éter etílico como solvente no polar, todo 
esto con el fin de obtener sustratos que puedan ser fácilmente utilizados por los 
microorganismos que realizan la digestión anaerobia. 
La producción de biogás se llevó a cabo utilizando la prueba de potencial bioquímico 
de metano (PBM). Las condiciones de extracción fueron las mismas en cuestión de 
presión y temperatura como variables de proceso (35 °C, 0.77 atm). 
En este trabajo se demostró que la extracción alcalina arrastró la mayor cantidad de 
nutrientes con respecto a la extracción acuosa (52 % más de carbohidratos, 6 % de 
carbohidratos y 16 % de grasas y aceites). No obstante, ambos sustratos utilizados 
produjeron una cantidad de biogás similar (300 a 320 L/kgSV-FORSU a los 21 días). 
Además, la producción se estabilizó a los 10 días, con 88 % del biogás producido. 
En el caso de la muestra sometida a extracción Soxhlet, la cual unicamente arrastra 
contenido lipídico, se obtuvo una disminución de 10 % en la cantidad de 
carbohidratos y proteínas en el bagazo respecto a la FORSU. Además de que para el 
análisis de PBM y caracterizaciones solamente se utilizó el bagazo debido a que la 
extracción arrastró poco extracto y las cantidades requeridas para hacer las 
determinaciones requieren más material que el obtenido a partir de la muestra 
disponible. Respecto a la cantidad de biogás producida por el bagazo se produjo 40 
% menos gas que el producido por la FORSU sin tratamiento previo (955 L/kgSV-
FORSU a 21 días). 
Esto mostró que los métodos de extracción efectivos fueron las lixiviaciones (acuosa 
y alcalina), mostrando que la extracción Soxhlet no es conveniente para el aumento 
de la producción de metano. 
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1. INTRODUCCIÓN 
La Ciudad de México presenta grandes problemas con el manejo de sus residuos 
sólidos, siendo uno de los centros urbanos más grandes del mundo con una 
población flotante de 20 millones de personas (ONU, 2010). Hoy en día cuenta una 
gestión de residuos en etapa temprana, la cual no es suficiente para el manejo de las 
13,000 toneladas diarias que se producen (INEGI, 2009). Actualmente sólo un 13% 
de los residuos sólidos urbanos (RSU) son reciclados o reutilizados (PGIRSDF, 
2009). 
Aproximadamente un 52% de los RSU es fracción orgánica (INEGI, 2009). Esta 
fracción se denomina Fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU). 
No obstante, solamente una pequeña fracción de la FORSU es aprovechada 
únicamente para producción de composta en la ciudad de México. (SEMARNAT, 
2007). 
La digestión anaerobia se ha convertido en una tecnología establecida y probada 
para el tratamiento de residuos sólidos, procedentes de los residuos sólidos 
orgánicos, mercado y otros compuestos orgánicos industriales (De Baere, 2000). En 
esta digestión se produce gas combustible, el cual tiene una alta concentración de 
metano (CH4) (aproximadamente 60%), con una capacidad calorífica de 5,500 
kcal/m3. Este gas se le denomina comúnmente biogás (Elías, 2012). Este 
combustible tiene un valor económico superior a la composta, además de 
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presentarse como una alternativa a la problemática de los crecientes aumentos en 
los precios de los combustibles. 
La digestión anaerobia de residuos sólidos orgánicos tiene una gran aceptación y 
aplicación en el continente europeo, siendo países como Alemania, Suecia, Noruega, 
Finlandia, Suiza y Holanda grandes desarrolladores de esta tecnología (Nayono, 
2009). Entre las tecnologías comercialesse encuentran: Kompogas, BTA, Waasa, 
Colsen, Cambi, etcétera. No obstante, el caso mexicano difiere al europeo, pues no 
existe en el país una tecnología a escala industrial, a excepción de la recuperación 
de biogás en rellenos sanitarios con ayuda del llamado “Modelo del Biogás 
Mexicano” desarrollado por la United States Enviromental Protection Agency (US 
EPA, por sus siglas en inglés) (US EPA, 2013). Es por esto que es imprescindible en 
México desarrollar la tecnología de digestión anaerobia a nivel industrial para poder 
dar un manejo sustentable a los residuos y obtener una ganancia energética. 
En este trabajo se plantea la digestión anaerobia de nutrientes extraídos de la 
FORSU, teniendo en cuenta la influencia que tienen los diferentes grupos de 
macromoléculas contenidas en la FORSU sobre la digestión anaerobia. 
1.1 Objetivos 
1.1.1 General 
 Determinar el potencial bioquímico de metano de nutrientes extraídos de 
residuos sólidos orgánicos urbanos. 
1.1.2 Específicos 
 Llevar a cabo extracciones de la FORSU para obtener sustratos que se 
puedan utilizar para la prueba de potencial bioquímico de metano (PBM). 
 Caracterizar los bagazos y extractos que se obtienen en las extracciones. 
 Llevar a cabo la prueba de potencial de metano (PBM) para determinar la 
producción de biogás de los diferentes sustratos obtenidos. 
1.2 Alcances 
 Las muestras de FORSU se obtendrá de una estación de transferencia del 
Distrito Federal. 
 Los inóculos a evaluar serán lodos anaerobios granulares del reactor UASB 
de la planta de Grupo Modelo y el adaptado a la FORSU en el laboratorio. 
 La experimentación se realizará a nivel laboratorio. El seguimiento de la 
producción de metano se hará por cromatografía de gases. 
 La digestión anaerobia se llevará a cabo a una temperatura de 35°C. 
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2. RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS 
2.1 Generación 
En materia legal se establece en la Ley General para la Prevención y Gestión 
Integral de los Residuos (LGPGIR), Artículo 5° Fracción XXXIII, que los residuos 
sólidos urbanos se generan en casas habitación, además de los que provienen de 
cualquier otra actividad dentro de establecimientos o en la vía pública que genere 
residuos con características domiciliarias, y los resultantes de la limpieza de las vías 
y lugares públicos (LGPGIR, 2013). 
En la ciudad de México se generan más de 4 millones de toneladas anuales de 
residuos sólidos urbanos (RSU), a razón de 13,000 toneladas diarias en 2009 
(INEGI, 2009). 
2.2 Clasificación 
En la Ley de Residuos Sólidos del Distrito Federal de 2004, Artículo 3° fracciones 
XXXII y XXXIII se definen los residuos orgánicos como todo aquel residuo sólido que 
esté sujeto a biodegradación, y a los residuos inorgánicos como todo residuo que no 
tenga características de residuo orgánico y que pueda ser susceptible a un proceso 
de valorización para su reutilización y reciclaje, tales como vidrio, papel, cartón, 
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plásticos, laminados de materiales reciclables, aluminio y metales no peligrosos y 
demás no considerados como de manejo especial (LRSDF, 2004). 
La proporción entre los residuos orgánicos e inorgánicos varía según la economía del 
país o región. Se ha demostrado que, para los países con menores ingresos, hay 
una menor producción de residuos, además de que predomina la fracción orgánica. 
En el caso mexicano se ha visto reflejada esta situación de cambio en la economía, 
dado que en la década de los 50, el porcentaje de residuos orgánicos se encontraba 
entre un 65 y 70%, mientras que para 2007 esta cifra se redujo a 50% (SEMARNAT, 
2007). 
2.3 Composición de los residuos sólidos urbanos 
El desarrollo económico, la industrialización y la implantación de modelos 
económicos que conllevan al aumento sostenido del consumo, han impactado 
significativamente en el volumen y la composición de los residuos producidos por las 
sociedades en el mundo (SEMARNAT, 2007). Además de que la composición de los 
residuos en zonas urbanas tiende a constituirse de materiales no-biodegradables. 
La composición de los RSU es: 52 % de residuos orgánicos (restos de comida, 
jardinería y estiércol), 14 % de papel y cartón, 11 % de plásticos, 6 % vidrio, 4 % 
metales, 1 % textiles y un 12 % de otros (INEGI, 2009). Es importante remarcar que 
la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU) es aprovechada 
únicamente para producción de composta en la ciudad de México (SEMARNAT, 
2007). 
2.4 Composición de los residuos sólidos orgánicos 
El potencial de producción de biogás depende en gran medida de las características 
del sustrato, su biodegradabilidad y el contenido de carbohidratos, proteínas y 
lípidos, así como las fracciones de celulosa, hemicelulosa y lignina (fibras crudas 
insolubles) en su composición (Hartmann y Ahring, 2006; Buffiere et al., 2006). 
Debido al alto contenido de carbohidratos, proteínas y lípidos, se puede suponer que 
la FORSU es un buen sustrato para la digestión. 
2.4.1 Carbohidratos 
Los carbohidratos forman uno de los principales grupos de biomoléculas 
(compuestos constituyentes de los seres vivos, estos son formados principalmente 
de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre y fósforo) junto con proteínas, 
ácidos nucleicos y lípidos. Los carbohidratos se construyen a base de 
monosacáridos, los cuales son aldehídos o cetonas que tienen dos o más grupos 
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hidroxilo, debido a la nomenclatura empírica se les denominan como hidratos de 
carbono (Berg, 2008). 
Para determinar los carbohidratos contenidos, se puede hacer a partir del cálculo del 
porcentaje remanente de la cuantificación de humedad, proteínas, lípidos y 
minerales, no obstante, este método puede tener resultados erróneos debido a las 
fallas experimentales de cada metodología utilizada (Nielsen 2003; Iturbe 2010). No 
obstante, existe el método desarrollado por Dubois, et al en 1956. Se fundamenta en 
que los carbohidratos en medios fuertemente ácidos y altas temperaturas, sufren 
deshidrataciones simples y producen varios derivados del furano que se condensan 
con el fenol, dando origen a compuestos coloridos que pueden ser determinados por 
espectrofotometría 
2.4.2 Proteínas 
Las proteínas son polímeros lineales construidos a partir de monómeros llamados 
aminoácidos empalmados uno tras otro. Este grupo de moléculas contiene diversos 
grupos funcionales que incluyen a los alcoholes, tioles, tioéteres, ácidos carboxílicos, 
carboxiamidas, etc. Las proteínas están constituidas por veinte aminoácidos, los 
cuales varían en tamaño, forma, carga, capacidad de formar puentes de hidrógeno, 
carácter hidrofóbico y reactividad química (Berg, 2008). 
La técnica utilizada más frecuentemente para la determinación de proteína total es el 
método de Kjeldahl. En general, el procedimiento determina el nitrogeno total, que 
incluye a las proteínas. El método comprende dos pasos consecutivos: La 
descomposición de la materia orgánica bajo calentamiento en presencia de ácido 
sulfúrico concentrado y la determinación de la cantidad de amoniaco obtenida en la 
muestra (Aurand, 1987). En la mezcla de digestión se incluye sulfato sódico para 
aumentar el punto de ebullición y un catalizador para acelerar la reacción. El 
amoniaco en el destilado se valoriza con ácido normalizado. Para convertir el valor 
de nitrógeno a proteína se resta el valor de nitrógeno amoniacal al nitrógeno total, 
posteriormente se emplea el factor de 6.25, el cual proviene de la consideración de 
que la mayoría de las proteínas tienen una cantidad aproximada de 16 % de 
nitrógeno (Nielsen, 2003; Iturbe, 2010). 
2.4.3 Lípidos 
Los lípidos son un grupo de sustancias que generalmente son solubles en 
cloroformo, éter, benceno y otros solventes orgánicos, y que además son 
prácticamente insolubles en agua. Todos los lípidos contienen carbono, hidrógeno y 
oxígeno, y algunos también contienenfósforo y nitrógeno (Aurand, 1987). A pesar de 
que este grupo comprende sustancias con propiedades comunes y similitudes en 
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composición, hay algunos compuestos, como los triacilgliceroles que son muy 
hidrofóbicos. Otros, como los monoacilgliceroles, tienen movilidad hidrofóbica e 
hidrofílica en su molécula, por lo que pueden ser relativamente solubles en 
disolventes polares (Nielsen, 2003). 
El contenido total de lípidos se determina comúnmente por métodos de extracción 
con disolventes (por ejemplo, Soxhlet, Goldfisch, Mojonnier); sin embargo, también 
puede cuantificarse por métodos de extracción que no incluyen disolventes (por 
ejemplo, Babcock, Gerber) y por métodos instrumentales que se basan en 
propiedades físicas o químicas de estas sustancias (por ejemplo, infrarrojo, 
densidad, y absorción de rayos X) (Iturbe, 2010). El método Soxhlet es una 
extracción semicontinua con un disolvente orgánico. Dicho solvente se calienta, 
volatiliza y condensa goteando sobre la muestra, la cual queda sumergida en el 
disolvente. Posteriormente, éste es sifoneado al matraz de calentamiento para 
empezar de nuevo el proceso. El contenido de grasa se cuantifica por diferencia de 
peso entre el matraz conteniendo el extracto lipídico y el matraz a peso constante 
(Nielsen, 2003) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3. EXTRACCIÓN LÍQUIDO-SÓLIDO 
La extracción líquido-sólido es un proceso de separación basado en la preferencia a 
solubilizar de uno o más de los componentes de una mezcla de sólidos en un líquido 
solvente (Berk, 2013). El proceso también es llamado lixiviación, no obstante este 
término es usualmente reservado para los casos donde la disolución del compuesto 
soluble es causada o acompañada por una reacción química (Ahmed, 2012). 
La lixiviación es un proceso que se utiliza frecuentemente en la metalurgia (por 
ejemplo, la separación del oro disperso en una roca) e industria alimenticia (por 
ejemplo, la extracción de azúcar de la remolacha azucarera). Esto es debido a que la 
extracción promueve la difusión del soluto fuera del sólido hacia el solvente líquido 
(Seader, 2011). La extracción líquido-sólido también se usa en el área de ingeniería 
ambiental: tratamiento y disposición de residuos, limpieza de suelos, tratamiento de 
lodos, etc. (Heasman, 1997). 
Generalmente, el proceso puede considerarse en tres partes: en primer lugar el 
cambio de fase del soluto al disolverse en el disolvente; el segundo lugar su difusión 
a través del disolvente existente en los poros del sólido hacia el exterior de la 
partícula; finalmente, la transferencia del soluto desde la disolución en contacto con 
las partículas hacia la masa principal de la disolución. Cada uno de estos tres 
procesos puede limitar la velocidad de extracción, pero el primero de ellos suele 
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tener lugar tan rápidamente que tiene un efecto despreciable sobre la velocidad 
global (Coulson, 2003). 
3.1 Principios generales de la extracción líquido-sólido 
El método utilizado para la extracción estará determinado por la proporción de 
componente soluble presente, su distribución en el sólido, la naturaleza de dicho 
sólido y el tamaño de partícula (Coulson, 2003). Además deben considerarse 
factores como el tipo de solvente a utilizar y la temperatura del proceso (Artinaid, 
2013). 
Si la materia soluble se encuentra uniformemente dispersa en el sólido, se disolverá 
en primer lugar el material próximo a la superficie, dejando una estructura porosa en 
el sólido resultante. El disolvente deberá penetrar a través de esta capa antes de 
alcanzar más material soluble, resultando el proceso cada vez más difícil y 
disminuyendo la velocidad de extracción. Si el soluto constituye una gran proporción 
del sólido, esta estructura porosa puede deshacerse fácilmente para dar un fino 
depósito de residuo insoluble, no impidiéndose de esta forma el acceso del 
disolvente al material soluble. En algunos casos el material soluble se encuentra 
distribuido en pequeñas bolsas aisladas en un material que es impermeable al 
disolvente. En tales casas, el material es triturado de tal forma que todo el material 
soluble esté expuesto al disolvente (Coulson, 2003; Seader 2011). 
La transferencia de masa es un fenómeno de suma importancia en el proceso de 
lixiviación. Ésta se establece a través de la primera ley de Fick, la cual dice que una 
especie A difunde (se mueve con relación a la mezcla) en la dirección decreciente de 
la fracción molar de A (Bird, 2007). Es decir, la transferencia de masa se define como 
el movimiento neto de las especies en una mezcla de un punto a otro. En procesos 
de separación, la transferencia se da lugar frecuentemente a través de la interface 
(Seader, 2011). 
Los dos mecanismos de la transferencia de masa son (Seader, 2011): 
-la difusión molecular por movimientos microscópicos espontáneos y aleatorios 
resultantes del movimiento térmico y 
-difusión de remolino (turbulencia), la cual es resultado de movimientos aleatorios del 
fluido a nivel macroscópico. 
La difusión de las especies solubles con respecto al solvente ocurre debido a fuerzas 
motrices, que incluye la formación del gradiente de la concentración de las especies 
(difusión ordinaria), la presión, temperatura (difusión térmica) y campos de fuerzas 
externas (Seader, 2011). 
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La velocidad de transferencia de masa en el interior del residuo poroso es difícil de 
evaluar, debido a que resulta imposible definir la forma de los canales a través de los 
cuales debe tener lugar la transferencia. Sin embargo, es posible obtener una 
indicación aproximada de la velocidad de transferencia desde las partículas hacia la 
masa del líquido, utilizando el concepto de una delgada película como responsable 
de la resistencia a la transferencia (Coulson, 2003). 
3.2 Factores que influyen sobre la velocidad de extracción 
-Tipo de solvente: El líquido escogido debe ser un buen disolvente selectivo (que 
posea el mayor coeficiente de transferencia de masa posible), con una viscosidad 
suficientemente baja para que pueda circular con facilidad, En general se utiliza 
inicialmente un disolvente relativamente puro, pero a medida que la extracción vaya 
teniendo lugar la concentración del soluto aumenta y la velocidad de extracción 
disminuiye, en primer lugar debido a la disminución del gradiente de concentración, y 
en segundo lugar porque la disolución aumenta generalmente su viscosidad (Artinaid 
2013; Coulson, 2003). 
-El tamaño de partícula: El tamaño de las partículas afecta a la velocidad de 
extracción de diversas maneras. Cuanto más pequeño es el tamaño, mayor es el 
área de contacto entre el sólido y el líquido, por lo tanto, la velocidad de transferencia 
de material es más elevada (Coulson, 2003). Debido a esto la extracción es 
frecuentemente precedida por la reducción de tamaño de la partícula, como puede 
ser la molienda (Ahmed, 2012). Además de que se debe considerar el factor de la 
porosidad del sólido, la difusión del soluto a través de la estructura porosa de los 
sólidos residuales es un factor responsable de la limitación de la velocidad de 
extracción. El material debe ser de menor tamaño para que la distancia que deba 
recorrer el soluto sea pequeña (Artinaid, 2013; Coulson, 2003). 
-La temperatura: En la mayoría de los casos, la solubilidad del sustrato que se está 
extrayendo aumenta con la temperatura ocasionando una mayor velocidad de 
extracción. Además, es de esperar que el coeficiente de difusión aumente al elevarse 
la temperatura mejorándose también así dicha velocidad (Artinaid, 2013; Coulson, 
2003). 
-La agitación del fluido: Si la difusión del soluto desde la superficie de las partículas 
hacia la masa de la disolución es lo suficientemente baja para controlar el proceso, 
será necesario un alto grado de agitación del fluido, esto parafomentar la difusión de 
remolino. Además, la agitación de las suspensiones de pequeñas partículas evita la 
sedimentación, y hace que se utilice la superficie de contacto de manera eficaz 
(Artinaid 2013; Coulson, 2003). 
 Página 11 
 
3.3 Solubilidad 
La solubilidad del soluto se define como la máxima cantidad de soluto que se 
disuelve en una cantidad dada de disolvente a una temperatura específica. Se dice 
que una sustancia es soluble si se disuelve de forma visible una cantidad suficiente 
cuando se agrega al disolvente. De lo contrario, la sustancia se describe como 
ligeramente soluble o insoluble. Por lo tanto, las descripciones son totalmente 
cualitativas (Chang, 2013). 
En el contexto de extracción líquido-sólido, el término "mezcla de sólidos" se refiere a 
la FORSU, que como en capítulos anteriores se indica, tiene una gran variedad de 
sustancias presentes solubilizables. 
La solubilidad de una proteína está influenciada por su composición en aminoácidos 
(una proteína rica en aminoácidos polares es en general más soluble que una rica en 
aminoácidos hidrofóbicos), otro factor es la estructura tridimensional (las proteínas 
fibrosas son en general menos solubles que las globulares). Los principales factores 
del entorno que influyen en la solubilidad de una proteína son la temperatura (menos 
soluble a más de 50°C), la constante dieléctrica del medio, el pH del mismo (más 
soluble a pH alcalino) y la fuerza iónica (Voet, 2006). 
La definición de lípido se basa en la solubilidad. Los lípidos son muy poco solubles 
en agua, a pesar de esto, sí son solubles en disolventes orgánicos como cloroformo 
o acetona. Las grasas y aceites son lípidos típicos en términos de solubilidad 
(Campbell, 2004). Es por esto que para la extracción, los lípidos pasan al medio 
acuoso por arrastre. 
En cuanto a los carbohidratos, usualmente tienen una considerable solubilidad en 
agua, así como en diversos solventes orgánicos. No obstante, las estructuras más 
complejas, como los polisacáridos, presentan baja solubilidad. Es también importante 
recalcar que algunos carbohidratos tienden a ser más insolubles en agua caliente, tal 
es el caso de la metilcelulosa (Dey, 1990). No obstante, el límite superior de 
temperatura está determinado por consideraciones secundarias, tales como la 
necesidad de evitar la acción de las enzimas en la extracción de azúcar (Coulson, 
2003) 
 
 
 
 
 Página 12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. DIGESTIÓN ANAEROBIA 
Una alternativa para el aprovechamiento de la FORSU es la digestión anaerobia, la 
cual permite estabilizar los residuos y además obtener biogás para ser usado como 
combustible para la generación de energía (Sosnowski et al., 2003, Charles et al., 
2009) además de permitir la reducción del volumen de residuos que se envían a 
disposición final, así como la destrucción de organismos patógenos (Vikas et al., 
2001). 
La digestión anaerobia es un proceso en el cual ocurre una descomposición de 
materia orgánica en ausencia de oxígeno o nitratos en el medio. En esta digestión se 
produce gas combustible, el cual tiene una alta concentración de metano (CH4) (más 
del 60%); este gas se le denomina comúnmente como biogás. Este proceso se lleva 
a cabo en reactores anaerobios (Elías, 2012). 
4.1 Aspectos bioquímicos 
La digestión se divide comúnmente en cuatro etapas interrelacionadas: hidrólisis, 
fermentación (también conocido como acidogénesis), β-oxidación (acetogénesis) y 
metanogénesis (Nayono, 2009). 
Durante la etapa de hidrólisis, los carbohidratos, proteínas y lípidos que sufren una 
despolimerización para formar moléculas solubles y degradables, como son 
 Página 13 
 
azúcares, ácidos grasos de cadena larga, aminoácidos, alcoholes, entre otros (Elías 
2012). El tamaño de los productos solubles debe ser lo suficientemente pequeño 
para que su transportación a través de la membrana celular sea posible. La hidrólisis 
es un proceso lento que consume energía; es por esto que se considera 
normalmente como la etapa limitante de la digestión (McCarty y Mosey, 1991; 
Pavlosthatis y Giraldo-Gómez, 1991). 
En la etapa de acidogénesis los compuestos solubles son transformados en ácidos 
grasos de cadena corta (ácidos grasos volátiles), principalmente en ácidos 
propiónico, butírico y acético. En esta etapa se encuentra la acetogénesis, proceso 
en el cual los productos intermedios se transforman en ácido acético, hidrógeno y 
dióxido de carbono. Este proceso de conversión puede ser solamente favorecido si la 
presión parcial del hidrógeno se mantiene baja. (Elías, 2012; Pavlosthatis y Giraldo-
Gómez, 1991). 
Finalmente, en la etapa de metanogénesis, el ácido acético, dióxido de carbono e 
hidrógeno se transforman a metano y dióxido de carbono. Aproximadamente dos 
tercios del metano producido proviene de la descarboxilación del acetato, mientras el 
otro tercio restante se obtiene de la reducción del dióxido de carbono con hidrógeno. 
(Elías, 2012; Nayono, 2009). 
4.2 Microbiología 
El proceso de digestión anaerobia con producción de metano es un tipo de 
fermentación que está catalizada por bacterias específicas. Se identifican cinco 
grandes poblaciones bacterianas, las cuales actúan catalizando cuatro procesos 
consecutivos: hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis (Elías, 2012; 
Nayono, 2009). A continuación, se detalla cada una de estas fases. 
La etapa hidrolítica es un proceso enzimático extracelular en el que intervienen 
bacterias que se clasifican de acuerdo con la conversión que realizan (Elías, 2012; 
Nayono, 2009). 
En la etapa acidogénica los monómeros producidos en la hidrólisis son degradados 
por diversos microorganismos facultativos y anaerobios. El ácido orgánico más 
importante que se produce es el acético debido a que es un sustrato utilizado para 
los microorganismos metanogénicos (Nayono, 2009). 
Respecto a la etapa acetogénica, se lleva a cabo una transformación de los 
compuestos intermedios: los ácidos grasos volátiles de bajo peso molecular se 
convierten en acetato, hidrógeno gas y dióxido de carbono, este proceso solamente 
es favorecido termodinámicamente si la presión parcial del hidrógeno se mantiene 
 Página 14 
 
baja. (Gerardi, 2003; Nayono, 2009). Las bacterias acetogénicas descomponen los 
ácidos propiónico, butírico y valérico. También es importante mencionar al grupo de 
bacterias “homoacetogénicas” (que se incluyen dentro del grupo de las 
acetogénicas), el cual es capaz de producir ácido acético a partir de hidrógeno (H2) y 
dióxido de carbono (CO2) (Elías, 2012). 
Finalmente en la etapa metanogénica se distinguen dos tipos principales de 
microorganismos: los que degradan el ácido acético (metanogénicas acetoclásticas) 
y los que consumen hidrógeno (metanogénicas hidrogenófilas). No obstante, la 
principal vía de formación de metano es a través de la degradación del ácido acético, 
la cual genera 50% del metano producido. A pesar de ser la vía principal, sólo 
microorganismos de los géneros Methanosarcina y Methanothrix son capaces de 
producir metano a partir de ácido acético. Otros géneros a los que pertenecen los 
microorganismos metanogénicos, en este caso hidrogenófilos, son 
Methanobacterium, Methanococos, Methanobrevibacter o Methanogenium, entre 
otros (Nayono, 2009; Stronach, 1986; Elías, 2012). 
En la tabla 4.1 se indican los tipos de microorganismos que están presentes en cada 
etapa de la digestión. 
Es importante remarcar que en las fases de hidrólisis y acidogéneses, los 
microorganismos involucrados suelen ser facultativos y anaerobios, además de que 
para la fase de metanogénesis los microorganismos tienen tasas máximas de 
crecimiento 5 veces menores a las acidogénicas. Esto significa que si los 
microorganismos metanogénicos tienen algún problema para reproducirse y 
consumir los ácidos, estos se acumularán, disminuyendo el pH y así empeorando las 
condiciones paralos microorganismos responsables de la producción de metano 
(Castells, 2012). 
4.3 Inhibición de la digestión anaerobia 
La reducción en la actividad bacteriana (principalmente la metanogénica) es la causa 
principal de la inhibición del proceso, esto es debido a la presencia de una amplia 
variedad de sustancias a determinadas condiciones, tales como pH, temperatura, 
concentración, así como la presencia que puede presentar sinergias o antagonismos 
con aquellas inhibidoras (Mata-Alvarez, 2003). 
Otra causa frecuente es la fluctuación en el influente, provocando una perturbación 
en el digestor, fluctuaciones de menor magnitud son amortiguadas por el propio 
sistema (Bermúdez, 1988). 
 
 Página 15 
 
Tabla 4.1 Tipos de microorganismos involucrados en cada etapa de la digestión del 
material polimérico (Adaptado de Stronach et al., 1986). 
Proceso de 
degradación 
Grupo de bacterias Tipo de conversión Tipo de bacterias 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Hidrólisis y 
Fermentación 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bacterias 
hidrolíticas 
acidogénicas 
 
 
 
 
 
 
Proteínas a 
péptidos y 
aminoácidos 
solubles 
 
 
Carbohidratos a 
azúcares solubles 
 
 
Lípidos a ácidos 
grasos de cadena 
larga o alcoholes y 
glicerol 
 
 
Aminoácidos a 
ácidos grasos, 
acetato y NH3 
 
 
 
 
 
Azúcares a 
productos 
intermedios de la 
fermentación 
Clostridium, Proteus, 
Peptococcus, 
Bacteriodes, Bacillus, 
Vibrio 
 
Clostridium, 
Acetovibrio, 
Staphylococcus, 
Bacteriodes 
 
Clostridium, 
Micrococcus, 
Staphylococcus 
 
Lactobacillus, 
Escherichia, 
Staphylococcus, 
Bacillus, Pseudomonas, 
Desulfovibrio, 
Selenomonas, Sarcina, 
Veillonella, 
Streptococcus, 
Desulfobacter, 
Desulforomonas 
 
Clostridium, 
Eubacterium, 
Streptococcus 
 
 
 
 
Acetogénsis 
(β-oxidación) 
 
 
 
 
Bacterias 
acetogénicas 
Ácidos grasos de 
cadena larga o 
alcoholes a 
hidrógeno y acetato 
 
Ácidos grasos 
volátiles y 
alcoholes a acetato 
e hidrógeno 
 
Clostridium, 
Syntrhopominas 
 
 
 
Sytrophomonas wolfei 
Sytrophomonas wolinii 
 
 
 
 
 
Metanogénesis 
 
Reductores de 
dióxido de carbono 
metanógenos 
 
Acetoclásticos 
metanógenos 
Hidrógeno y 
dióxido de carbono 
a metano 
 
 
Acetato a metano y 
dióxido de carbono 
Methanobacterium, 
Methanobrevibacterium, 
Methanoplanus, 
Methanospirillum 
 
Methanosaeta, 
Methanosarcina 
 Página 16 
 
La transformación de ácidos grasos volátiles a acetato e hidrógeno es una etapa 
limitante del proceso. La acumulación de los ácidos grasos (acidificación) es una 
causa frecuente del fracaso de este tipo de sistemas. No obstante, se ha demostrado 
que la acidificación es una consecuencia y no una causa del descenso de la 
actividad metanogénica. Dado lo anterior, la neutralización del valor de pH es una 
solución a corto plazo, la reducción e incluso la suspensión de la alimentación de 
materia orgánica es la única medida correcta a tomar (Bermúdez, 1988). 
Durante la digestión anaerobia, el nitrógeno orgánico se hidroliza a nitrógeno 
amoniacal, nutriente esencial para el crecimiento microbiano. Sin embargo, cuando el 
nitrógeno amoniacal está en concentraciones más altas que las requeridas para el 
crecimiento, se presenta como un inhibidor de la metanogénesis, siendo el amonio, 
especie no disociada, el mayor inhibidor, el cual aumenta el valor de pH (Martí, 
2006). 
Una alta concentración de sulfatos en el sustrato puede inhibir la etapa de 
metanogénesis, esto es debido a que la presencia de sulfatos provoca que las 
bacterias metanogénicas compitan con las sulfato-reductoras por el acetato e 
hidrógeno contenidos, mostrando ventajas termodinámicas y cinéticas las segundas 
mencionadas (Martí, 2006). 
Cabe recalcar que la presencia de cationes alcalinos y alcalinotérreos también es un 
factor inhibidor. El sodio, potasio, calcio y magnesio tienen efecto tóxico (en orden 
creciente, como se enlista). Los iones de metales pesados, tales como Zinc, Cobre 
(II), Cadmio y Magnesio también tienen un efecto negativo en la digestión 
(Bermúdez, 1988). 
4.4 Procesos comerciales para la producción de biogás vía digestión 
anaerobia 
Alrededor del mundo se cuenta ya con tecnologías variadas de digestión anaerobia 
para la producción de biogás. A continuación se enlistan algunas de las más 
importantes: 
 Thermophilic Digestion with Digestmix® de Colsen (Países Bajos): Se trata de 
una digestión termofílica, en la que el proceso cuenta con un sistema de 
mezclado y calentamiento que proporciona una gran estabilidad a la eficiencia 
del digestor. El digestato se separa en fracciones sólida y líquida; en esta 
última se puede hacer una purificación según se requiera con la reducción de 
nitrógeno, fósforo y DQO. Con respecto al gas producido, se opta por 
desulfurizar y se comercializa para la producción de calor, la coproducción de 
energía o elevar su calidad similar a la del gas natural (Colsen, 2013). 
 Página 17 
 
 
 The Cambi® Thermal Hydrolisis Process (THP) (Noruega). En este proceso la 
materia orgánica se hidroliza en un rango de temperaturas entre 138-170 °C, 
esto propicia que la materia se disuelva fácilmente y se destruyan todos los 
agentes patógenos existentes para la alimentación al digestor. La diferencia 
que guarda respecto a la digestión anaerobia convencional es la destrucción 
de los patógenos que minimiza los olores de los productos obtenidos (Cambi, 
2013). 
 
 Kompogas (Suiza). Es un proceso de fermentación seca (70 a 80 % de 
humedad) que opera en un rango termofílico; dada la naturaleza del proceso, 
se tiene un alto contenido de sólidos totales (ST). Se opera a una temperatura 
de 55°C (condiciones termofílicas). El reactor es un cilindro horizontal tipo flujo 
pistón, está equipado con un agitador hidráulico, el cual garantiza que los 
residuos que tienden a flotar se mantengan el tiempo suficiente para ser 
digeridos (Kompogas, 2010). 
 
 BTA (Alemania). Actualmente más de 40 plantas alrededor del mundo operan 
con este proceso (Blischke, 2004). Es un sistema de varias etapas, de bajo 
contenido en sólidos (10 % de ST). Inicialmente los residuos son sometidos a 
tratamientos por medios mecánicos, térmicos y químicos; el proceso separa 
los sólidos biológicos disueltos y los no disueltos. Los sólidos no disueltos se 
someten a una hidrólisis anaerobia y los disueltos se envían directamente a 
metanización. El BTA cuenta con un sistema de pretratamiento hidro-
mecánico con el que se logra la remoción de impurezas (BTA, 2013). 
 
 Waasa (Finlandia). El proceso opera bajo condiciones húmedas y la 
temperatura de operación puede ser mesofílica o termofílica. Su diseño es un 
digestor vertical que está separado en el interior para una digestión previa. Se 
utiliza para digerir desechos con un contenido del 10-15 % de sólidos totales 
(ST). Una de las características de este proceso es su reactor principal, el cual 
está dividido en varias zonas con una configuración sencilla. La mezcla en el 
reactor es de agitación neumática, donde el biogás producido se bombea a 
través de tuberías en la base del reactor. Una pequeña parte del residuo 
digerido se mezcla con los residuos recién alimentados para acelerar el 
proceso de inoculación (Williams et al., 2003). 
 
 
 
 Página 18 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5. PRETRATAMIENTOS DE LA FRACCIÓN ORGÁNICA DE LOS RESIDUOS 
SÓLIDOS URBANOS 
La meta de cualquier pretratamiento es alterar o remover impedimentos estructurales 
y composicionales para la hidrólisis y poder aumentarla. La investigación 
experimental de cambios físicos y químicos que ocurren en el proceso es requerida 
para el desarrollo de mecanismos efectivos que pueden ser utilizados en el diseño de 
procesos. Un pretratamiento efectivo se caracteriza por diferentes criterios, evitar la 
reducción de tamaño de partícula, minimizar la demanda energética y reducir costos. 
Así como los resultados de dicho proceso deben estarbalanceados con los costos 
de operación, costo de capital y de biomasa (Mosier, 2005). 
5.1 Pretratamientos físicos 
El tamaño de las partículas tiene una gran influencia en el rendimiento de los 
digestores. Reducir el tamaño de las partículas aumenta el área superficial y 
aumenta la degradación, esto resulta en un aceleramiento de la digestión anaerobia 
(Mata-Alvarez, 2003). La accesibilidad de los microorganismos a la biomasa se ve 
incrementada debido a la reducción de tamaño de partícula, esto se debe que hay 
una ruptura de grandes estructuras a cadenas más cortas. También se logra registrar 
un incremento en la solubilidad del residuo, el cual mejora en gran manera la 
eficiencia del proceso (Hwang et al., 1997). 
 Página 19 
 
Los tratamientos térmicos ayudan a la descomposición de los componentes. En este 
proceso la celulosa, hemicelulosa y lignina se transforman en glucosa, celobiosa y 
pentosa, los cuales son materia de fácil degradación (Cagnon et al., 2009). No 
obstante, las temperaturas superiores a 170-190°C inhiben la biodegradabilidad. Esto 
debido a la formación de melanoidinas a partir de aminoácidos y carbohidratos 
(reacción de Maillard), los compuestos formados son prácticamente imposibles de 
degradar (Carrère et al., 2010) 
5.2 Pretratamientos químicos 
El pretratamiento químico consiste en la adición de compuestos ácidos o básicos al 
sustrato con el fin de solubilizar la materia orgánica particulada. En este caso, existen 
diversos métodos utilizados: pretratamiento alcalino, pretratamiento ácido y la 
oxidación. 
El pretratamiento alcalino es la aplicación de soluciones de NaOH, Ca(OH)2 o 
amoniaco para remover la lignina y parte de la hemicelulosa, aumentando 
eficientemente la accesibilidad de las enzimas a la celulosa (Kassim et al., 1986). El 
pretratamiento puede hacerse a bajas temperaturas pero en un tiempo relativamente 
largo (24 horas) y una alta concentración de la base (Xu et al., 2007). Se ha 
comprobado que el pretratamiento con NaOH es más efectivo para la conversión 
enzimática de la celulosa, esto comparado con el pretratamiento con ácido sulfúrico 
(Vaccarino et al., 1987; Silverstein et al., 2007; Zhao et al., 2008). Comparado con 
métodos ácidos u oxidantes, el proceso alcalino parece ser el más efectivo para 
romper los enlaces de ésteres entre la lignina, hemicelulosa y celulosa, así como la 
prevención de la fragmentación de los polímeros de la hemicelulosa (Gaspar et al., 
2007). Respecto a la FORSU, López y Espinosa (2008) realizaron un pretratamiento 
alcalino con Ca(OH)2, el cual utilizó una concentración de Ca(OH)2 de 70 meq/L, lo 
cual aumentó el valor de DQO disuelta en 41%, aumentando así la producción de 
biogás en un 172%, lo cual infiere que este pretratamiento mejora el proceso de DA a 
través de la solubilización orgánica, aumento de área superficial disponible para la 
acción enzimática y el corte de fibras (López y Espinosa, 2008). 
El tratamiento de materia lignocelulosica con ácido a altas temperaturas puede 
mejorar la hidrólisis enzimática. El ácido sulfúrico es el más empleado en este caso, 
mientras que el ácido clorhídrico y nítrico también son utilizados en menor proporción 
(Taherzadeh et al., 2007). Este tratamiento también puede ser utilizado a baja 
concentración de ácido y altas temperaturas (pretratamiento de ácido diluido) o a 
bajas temperaturas y alta concentración de ácidos (pretratamiento ácido 
concentrado). La temperatura baja del método de ácido concentrado (40 °C) es 
claramente más conveniente que la otra alternativa. No obstante, una concentración 
alta de ácido (30-70 %) puede volver al proceso extremadamente corrosivo y 
 Página 20 
 
peligroso. Es por esto que dicho proceso requiere materiales no metálicos 
especializados o costosas aleaciones. Además de que la recuperación del ácido, 
proceso necesario por razones económicas, es un proceso energéticamente 
demandante. A esto se le añade que el proceso de neutralización produce grandes 
cantidades de material incrustante, lo cual requiere una alta inversión para el 
mantenimiento de equipos, es por esto que el interés comercial en esta alternativa es 
reducido (Wyman, 1996; Sun, 2004; Jones, 1984). 
El método de ácido diluido puede combinarse con otros tratamientos químicos. 
Azzam (1987) estudió bagazo pre-tratado en una solución de ZnCl2 y 0.5 % de ácido 
hidroclórico, calentando a 145 °C por 10 minutos, posteriormente enfriado y 
precipitado con acetona. La biomasa resultante era altamente hidrolizable 
(aproximadamente un 93 %). 
El mayor inconveniente de algunos pretratamientos, particularmente a bajos valores 
de pH es la formación de diferentes tipos de inhibidores como ácidos carboxílicos, 
furanos y compuestos fenólicos (Taherzadeh et al., 2007 (2); Taherzadeh, 1999). 
Estos compuestos no afectan la hidrólisis enzimática, pero usualmente inhiben el 
crecimiento microbiano y la fermentación, lo cual resulta en una menor cantidad de 
producción de etanol y biogás (Taherzadeh et al., 2007). Dado todo lo anterior, los 
métodos con bajos valores de pH deben ser seleccionados apropiadamente para 
evitar o al menos reducir la formación de inhibidores. 
La oxidación húmeda ha sido aplicada como pretratamiento para la producción de 
etanol y biogás. En este proceso la materia es tratada con agua y aire u oxígeno a 
temperaturas arriba de 120°C por un periodo de 30 minutos (Palonen et al., 2004; 
Garrote et al., 1999). La temperatura, seguido por el tiempo de la reacción y la 
presión de oxígeno son los parámetros más importantes para la oxidación húmeda. 
El proceso es exotérmico, por lo cual se puede soportar a sí mismo con respecto al 
calentamiento posterior (Schmidt et al., 1998). Este proceso es efectivo para la 
separación de la fracción celulósica de la lignina y hemicelulosa (Chum et al., 1985; 
Saha, 2005). Como resultado de este proceso se tiene que la hemicelulosa es 
transformada en monómeros de azúcares y la celulosa es degradada, lo cual la 
vuelve altamente susceptible a la hidrólisis enzimática (Schultz et al., 1984). 
5.3 Pretratamientos biológicos 
En este tipo de pretratamiento se utilizan enzimas y hongos, o la combinación de 
ambos. Generalmente se efectúa después de otro tratamiento mecánico, pues se 
necesita una etapa previa que garantice el ataque enzimático (Nowak et al., 1999). 
Los microorganismos que se utilizan degradan la lignina y hemicelulosa; sin 
embargo, la celulosa se degrada muy poco debido a que tiene más resistencia al 
 Página 21 
 
ataque biológico. Los hongos que se han utilizado para este propósito son diversos 
pero el que ha demostrado tener mayor efectividad es el hongo degradador blanco 
en cuanto al pretratamiento de lignocelulosas. (Taherzadeh et al., 2008; Sun Y. et al., 
2002) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Página 22 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. METODOLOGÍA 
En este trabajo se propone la extracción de diferentes grupos de macromoléculas 
contenidas en la FORSU para estudiar el comportamiento de las fases obtenidas en 
la producción de biogás a través de la prueba de potencial bioquímico de metano 
(PBM). En las extracciones se pretende obtener carbohidratos, proteínas y grasas, 
volviendo más accesible dicha materia a la actividad microbiológica. 
La extracción con agua como solvente para obtener un extracto con materia orgánica 
solubilizada ha demostrado tener efectos positivos en el rendimiento de la producción 
de biogás (Campuzano, 2013). 
Se propone la determinación de producción de metano en muestras de diferentes 
extracciones realizadas a la FORSU con diferentes solventes, utilizando el sistema 
de prueba automático de potencial de metano (AMPTS; Automatic Methane Potential 
Test System, por sus siglas en inglés) de la compañía Bioprocess Control 
(Suecia).Todo esto con la finalidad de disminuir los tiempos de digestión anaerobia y 
aumentarla producción de metano en comparación con la fracción orgánica de los 
residuos sólidos urbanos (FORSU) sin tratamiento. 
La metodología propuesta consta de varias etapas, las cuales se enlistan en la 
Figura 6.1: 
 La etapa 1 consiste en la reducción de tamaño de partícula y mezclado 
(homogenización) de la FORSU, así como su posterior caracterización. 
 
 Página 23 
 
La segunda etapa corresponde a las pruebas de extracción de los compuestos 
solubles de la FORSU mediante el uso de diferentes solventes (agua, solución 0.1 M 
de hidróxido de sodio y éter), así como la caracterización de los extractos y bagazos 
obtenidos. 
La última etapa contempla el uso de las muestras ya mencionadas como sustratos 
en la prueba PBM, analizando su rendimiento para la producción de biogás. 
 
Figura 6.1 Diagrama de la metodología general 
6.1 Homogenización y caracterización de la FORSU 
La FORSU utilizada en este trabajo proviene de una estación de transferencia del 
Distrito Federal. Esta muestra fue colectada mediante el método de cuarteo indicado 
en la norma mexicana NMX-AA-015-1985 "Protección al ambiente - contaminación 
del suelo - residuos sólidos municipales - muestreo - método de cuarteo" (SECOFI, 
1985), y se conserva en congelación a -20 °C dentro de bolsas herméticas 
individuales con un peso aproximado de 1 kg cada una. 
Después del muestreo los residuos fueron molidos utilizando molino de discos para 
reducir su tamaño y promover la homogeneidad de la muestra. El tamaño de las 
partículas tiene una gran influencia en el rendimiento de los digestores. Reducir el 
tamaño de las partículas aumenta el área superficial y aumenta la degradación, lo 
cual resulta en un aceleramiento de la digestión anaerobia (Mata-Alvarez, 2003). 
Las determinaciones a realizar son: sólidos totales (ST), volátiles (SV) y fijos (SF), 
humedad, demanda química de oxígeno (DQO), grasas y aceites, nitrógeno Kjeldahl 
(NK) y carbohidratos. Los métodos usados se enlistan en la Tabla 6.1 
 
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Tabla 6.1. Técnicas analíticas empleadas 
Determinación Método estándar Técnica de la determinación 
Sólidos totales APHA 2540-B Gravimetría. Sólidos secados a 
una temperatura de 103 a 105 °C 
Sólidos volátiles y 
fijos 
APHA 2540-E Gravimetría. Sólidos previamente 
secados a 103-105 °C e 
incinerados a 550 °C 
Demanda química de 
oxígeno 
APHA 5220-D Fotometría. Digestión por reflujo 
cerrado a 150 °C con reactivos 
preparados a 600 nanómetros 
(nm) 
Nitrógeno Kjeldahl Titulación Wieninger Digestión ácida con catalizador 
de selenio y posterior 
neutralización y titulación con 
H2SO4 0.2N 
Grasas y aceites Método Soxhlet 
modificado de APHA, 
AWWA, WPCF 5520-
D 
Gravimetría. Extracción con éter 
y posterior evaporación 
Carbohidratos Método colorimétrico 
de Dubois 
Fotometría con fenol y ácido 
sulfúrico a 490 nm 
6.2 Extracción con agua como solvente 
En la lixiviación de la FORSU el agua arrastra material disuelto y suspendido, del 
cual sólo una parte del material disuelto está disponible para ser aprovechado por los 
microorganismos; la parte suspendida requiere de un tratamiento previo que rompa 
las grandes moléculas a compuestos solubles que la comunidad microbiana pueda 
aprovechar (Mata-Álvarez, 2003). 
Para comenzar una extracción se pesa un kilogramo de FORSU previamente molida 
y se le adiciona agua destilada. Tomando en cuenta que la densidad del agua es 1 
g/mL se puede afirmar que por cada litro de agua adicionada equivale a un kilo de 
ésta misma. Dado que la relación necesaria para el proceso es 1:2, la cantidad de 
agua destilada que se agrega es el de doble que de FORSU, en este caso, 1 kilo de 
FORSU con dos kilo de agua. Luego de agregar las muestras al contenedor se agita 
en una parrilla oscilatoria a 250 rpm durante una hora. El esquema general de las 
pruebas de lixiviación se muestra en la Figura 6.2. Las condiciones de esta operación 
unitaria fueron determinadas en trabajos de tesis de titulación y de posgrado donde 
la relación FORSU-agua es 1:2, el tiempo de agitación de 1 hora y la temperatura de 
35 °C (Campuzano, 2013; Carlos, 2013; Arzate, 2011). 
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Figura 6.2 Extracción de FORSU con agua como solvente 
Después de la extracción, se mide el volumen del extracto, así como el peso del 
bagazo con el objetivo de utilizar dichos datos en el análisis de resultados y poder 
referir los datos obtenidos a una medida en común. 
El bagazo y extracto obtenidos se caracterizan por los siguientes parámetros: sólidos 
totales (SF), sólidos volátiles (SV), demanda química de oxígeno (DQO), grasas y 
aceites, nitrógeno Kjeldahl (NK) y carbohidratos (HC). 
6.3 Extracción de proteínas 
La extracción de proteínas de la FORSU se lleva a cabo por el método de Batisa 
(1999), en el cual se requiere una reducción de tamaño de partícula (realizado 
previamente a la muestra) y hace la extracción con una relación 1:2 (peso/volumen) 
durante una hora a temperatura de 35°C para obtener los mejores rendimientos. La 
solución a utilizar es NaOH 0.1 M (valor de pH 13). Finalmente la muestra se 
centrifuga a 5000 rpm por 15 minutos, obteniendo un sobrenadante. La Figura 6.3 
muestra el proceso general de la lixiviación con solución alcalina. 
Al igual que la extracción acuosa, es necesario medir el volumen y peso del lavado y 
bagazo, respectivamente. 
El bagazo y extracto obtenidos se caracterizan por los siguientes parámetros: sólidos 
totales (SF), sólidos volátiles (SV), demanda química de oxígeno (DQO), grasas y 
aceites, nitrógeno Kjeldahl (NK) y carbohidratos (HC). 
 
 Agua destilada FORSU 
Centrifugación 
Agitación 
constante 
Lixiviado Bagazo 
Análisis 
Prueba de 
potencial 
bioquímico 
de metano 
Medición del 
volumen 
Medición del 
peso 
Análisis 
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Figura 6.3 Lixiviación de FORSU con solución alcalina como solvente 
Para determinar la cantidad de proteínas contenidas en la muestra se cuantifica el 
nitrógeno total por el método Kjeldahl y se le resta el nitrógeno amoniacal 
cuantificado para obtener el nitrógeno orgánico. El cálculo para obtener la cantidad 
de proteínas se efectúa multiplicando el factor de 6.25 al nitrógeno orgánico, el cual 
proviene de la consideración de que la mayoría de las proteínas tienen una cantidad 
aproximada de 16% de nitrógeno (Nielsen, 2003; Iturbe, 2010). 
6.4 Extracción de grasas y aceites 
Para la extracción de lípidos se utiliza el método Soxhlet, el cual es una extracción 
semi-continua con un disolvente orgánico (en este caso éter). En este método el 
disolvente se calienta, se volatiliza y condensa goteando sobre la muestra, la cual 
queda sumergida en el disolvente (Figura 6.4), el cual es sifoneado al matraz de 
calentamiento para empezar nuevamente el proceso. El contenido de grasa se 
cuantifica por diferencia de peso entre el matraz conteniendo el extracto lipídico y el 
matraz a peso constante (Nielsen, 2003). 
 Solución 0.1 de NaOH FORSU 
Centrifugación 
Agitación constante 
Lixiviado Bagazo 
Análisis 
Prueba de 
potencial 
bioquímico 
de metano 
Medición del 
volumen 
Medición del 
peso 
Análisis 
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Figura 6.4 Sistema de extracción Soxhlet 
En la Figura 6.5 se muestra el proceso general de esta extracción. Es importante 
remarcar que dado a la poca cantidad de extracto obtenido, no se puede realizar la 
caracterización del mismo. El bagazo obtenido se caracteriza por los siguientes 
parámetros: sólidos totales (SF), sólidos volátiles (SV), demanda química de oxígeno 
(DQO), grasas y aceites, nitrógeno Kjeldahl (NK) y carbohidratos (HC). 
 
Figura 6.5 Proceso de extracción de grasas y aceites (Soxhlet) de FORSU con éter 
como solvente 
 Éter etílico 
FORSU 
previamente 
secada y triturada 
Evaporación del solvente 
Extracción Soxhlet 
Extracto Bagazo 
Prueba de 
potencial 
bioquímico 
de metano 
Medición del 
peso 
Medición del 
peso 
Análisis 
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6.5 Potencial bioquímico de metano 
El potencialbioquímico de metano (PBM) es un procedimiento que se ha 
desarrollado para determinar la degradabilidad anaerobia y la tasa de producción de 
metano de un determinado sustrato bajo diferentes condiciones operacionales, así 
como la cinética del proceso (Esposito et al., 2012; Owen, 1979). El principio general 
de la técnica es la incubación de un sustrato como fuente de carbono con una 
variedad de microorganismos anaerobios en un medio adecuado (agua y minerales) 
a pH neutro y a una temperatura específica (Raposo et al., 2011). Es una prueba 
relativamente simple, confiable, económica y reproducible que es usada como 
herramienta para la optimización técnica-económica de las plantas de 
biometanización y para la calibración y validación de modelos matemáticos (Esposito 
et al., 2012). 
Las muestras obtenidas en las pruebas de extracción, los bagazos y la FORSU se 
analizan en el equipo de potencial bioquímico de metano AMPTS (Automatic 
Methane Potential Test System, por sus siglas en inglés) de la compañía sueca 
Bioprocess Control (Figura 6.4). La medición del volumen de biogás y los datos 
generados son registrados de manera automática mediante un contador de gas, una 
tarjeta de datos y un software. 
 
Figura 6.6. Equipo AMTPS 
Cada frasco de reacción consta de un volumen total de 500 mL y volumen útil de 400 
mL. En cada frasco de prueba de potencial de metano se requieren 8 g de lodos 
como SSV (concentración en los frascos de reacción de 20 gSSV/L) y 2 g de sustrato 
como SV (concentración en el frasco de reacción de 5 gSV/L). Se establece una 
relación de 0.25 gSV de sustrato/g SSV del inóculo en cada frasco (Raposo, 2011). 
Se utilizan 14 frascos de reacción: en 2 de ellos hay testigos (sin sustrato), en otros 2 
se tienen controles (FORSU sin tratamiento previo), se colocan en otros 4 muestras 
del bagazo y extracto resultantes de las pruebas de lixiviación con agua como 
solvente. El bagazo y lixiviado de la extracción con solución alcalina se agrega a los 
siguientes 4 frascos, en otro par se añade bagazo resultante de la extracción de 
lípidos 
Frascos de reacción
Sistema de adquisición de datos
Frascos lavadores de CO2
Celdas para medición de biogás
Sistema de agitación
Baño con control de 
temperatura
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A los frascos de reacción se les adiciona 140 mL de lodos anaerobios, 1mL de 
solución de micronutrientes y el resto de solución búfer de fosfatos 
(K2HPO4/KH2PO4). Después se burbujea nitrógeno para desplazar el oxígeno y así 
obtener una atmósfera anaerobia. La reacción se lleva a cabo a 35 °C por un periodo 
de 21 días. Se realizan análisis de las muestras con intervalos de 24 horas por 
cromatografía de gases con el cromatógrafo de gases modelo SRI-8610, hasta lograr 
que la tendencia sea similar durante 2 o 3 días consecutivos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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7. RESULTADOS 
En este capítulo se presentan los resultados obtenidos de las diferentes fases 
experimentales de este trabajo, así como su interpretación. Se comienza con los 
resultados obtenidos de la caracterización de la FORSU. Posteriormente el análisis 
de los resultados obtenidos en las 3 extracciones efectuadas, y el análisis de la 
caracterización de las diferentes muestras obtenidas en los procesos de separación y 
determinación de los nutrientes que contiene cada muestra. Finalmente se muestra 
el análisis y la relación de los rendimientos obtenidos en la producción de biogás con 
los grupos de moléculas que contiene cada sustrato utilizado. 
7.1 Homogenización y caracterización de la FORSU 
La caracterización de la FORSU es crucial para el análisis posterior de dicha muestra 
como sustrato y materia prima para las extracciones posteriores. En la tabla 7.1 Se 
muestran los resultados relacionados con la caracterización de la muestra 
homogeneizada. Las determinaciones de carbohidratos, nitrógeno Kjeldahl, nitrógeno 
amoniacal y demanda química de oxígeno se efectuaron en una suspensión en agua 
1:3 residuos-agua. 
La FORSU presenta un valor de humedad del 74 %, es decir, por cada kilogramo de 
FORSU 740 gramos serán agua y el resto es material seco. 
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Tabla 7.1 Caracterización de la FORSU (con base en un kg de FORSU). Las 
determinaciones poseen error estándar de 5 %. 
Unidades mg/kg 
 Humedad 741,230 
ST 258,770 
SV 202,145 
SF 56,625 
DQO 315,819 
N-Kjedahl 6,992 
N-amoniacal 811 
Carbohidratos 154,071 
Grasas y aceites 19,632 
El material sólido, representado por los sólidos totales, contiene 60 % de hidratos de 
carbono; en el caso de proteínas, utilizando el múltiplo de 6.25 (Nielsen, 2003; 
Irturbe, 2010), se calcula 15 % de proteínas; para el caso de grasas y aceites se 
reporta un 2 % de la muestra total. 
La caracterización de nitrógeno demuestra que 89 % del nitrógeno total es orgánico. 
De acuerdo con la demanda química de oxígeno (DQO), 315 g de cada kilogramo de 
FORSU es potencialmente degradable. 
7.2 Extracción con agua como solvente 
En la extracción acuosa se obtuvo un volumen de 1.71 L de lixiviado por kilogramo 
de FORSU, así como 1.1 kg de bagazo. Tomando en cuenta que inicialmente se 
utilizan 2 L de agua y 1 kg de FORSU, los datos anteriores muestran que el bagazo 
resultante adquiere más humedad de la que tenía la muestra inicialmente. Para 
poder evidenciar esto se efectuó la correspondiente caracterización; los resultados 
se muestran en la tabla 7.2. 
Tabla 7.2 Características del bagazo y lixiviado de la extracción acuosa (con base en 
miligramos por kg de FORSU). Las determinaciones poseen error estándar de 5 %. 
 Bagazo Extracto 
 Humedad 783,742 - 
ST 216,528 57,498 
SV 170,708 49,889 
SF 45,820 7,609 
DQO 247,865 80,029 
N-Kjedahl 4,891 1,307 
N-amoniacal 487 198 
Carbohidratos 109,253 53,317 
Grasas y aceites 7,963 - 
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Con los resultados presentados se observa que sólo un 22% de los sólidos totales 
fue fácilmente solubilizado. La tendencia se muestra prácticamente igual en todos los 
parámetros, excepto el contenido de grasas y aceites, el cual solubilizó en un 60%, lo 
cual muestra que la extracción acuosa sí extrae una cantidad considerable de las 
grasas y aceites contenidos en la muestra. Debido a la cantidad requerida para poder 
determinar grasas y aceites de la fase líquida (2 litros) (APHA, 1992), no se pudo 
realizar dicha caracterización. 
7.3 Extracción de proteínas 
La extracción alcalina provee un volumen de 1.45 L de extracto por kilogramo de 
FORSU empleada, así como 1.45 kg de bagazo. Teniendo en consideración que 
inicialmente se utilizan 2 L de agua y 1 kg de FORSU, se puede notar que en este 
caso el bagazo se encuentra con una concentración menor que el resultante de la 
extracción acuosa, lo cual puede ser resultado de una ligera hidrólisis del material 
celulósico durante el proceso. Xu et al. (2007) efectuó la hidrólisis a temperatura 
ambiente y largos periodos de tiempo (24 horas) y obtuvo un aumento de 10 % en la 
hidrólisis respecto a materia sin tratamiento previo. Debido a lo anterior, así como a 
las condiciones del proceso efectuado, existe la probabilidad de que se haya logrado 
hidrolizar alguna proporción de la celulosa. Los datos obtenidos de la caracterización 
del extracto y bagazo se muestran en la tabla 7.3 
Tabla 7.3 Características del bagazo y lixiviado de extracción alcalina (con base en 
miligramos por kg de FORSU). Las determinaciones poseen error estándar de 5 %. 
 Bagazo Extracto 
 Humedad 799,829 - 
ST 200,171 58,094 
SV 145,994 36,126 
SF 54,176 21,967 
DQO 249,298 94,747 
N-Kjedahl 3,966 2,701 
N-amoniacal 411 268 
Carbohidratos 98,858 56,685 
Grasas y aceites 5,819 - 
Como se muestra en la tabla 7.3, la humedad del bagazo aumenta hasta 80 % 
(respecto al 74 % de la FORSU). Sin embargo, los sólidos totales del lixiviado 
alcalino no muestran un aumento significativo, respecto al lixiviado acuoso. Un dato 
destacablees la extracción de las grasas y aceites, la cual se realizó en 70 %, 
respecto a la cantidad contenida en la FORSU. La alta solubilización y arrastre de 
grasas y aceites en la extracción alcalina demuestra que se puede efectuar este tipo 
de proceso como una alternativa al que se efectúa con solventes orgánicos. 
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La extracción alcalina logró extraer hasta un 42 % de las proteínas de la FORSU, lo 
cual es considerablemente mayor al 16 % extraído con agua como solvente. 
Con respecto a los carbohidratos, la extracción alcalina logró extraer 37 % de los 
carbohidratos de la FORSU, una cantidad mayor en 10 % respecto a la extracción 
acuosa. Esto puede deberse a que uno de los factores más importantes para la 
solubilidad de las proteínas es el pH, ya que las proteínas son más solubles a pH 
alcalino (Voet, 2006). 
7.4 Extracción de grasas y aceites 
En la extracción Soxhlet, 223 g de bagazo fueron obtenidos por kilogramo de 
FORSU, además de un extracto lipídico de 19.6 g por kilogramo de FORSU. Este 
método requiere un doble secado de la muestra (antes de poner en el cartucho de 
celulosa y al final de la extracción para eliminar solvente), lo cual puede presentar 
algunos inconvenientes que más adelante se discutirán. Dado que la extracción es 
un método estándar, se sabe que se logran extraer prácticamente todas las grasas y 
aceites contenidos en la muestra (Nielsen, 2003). Debido a la naturaleza y poca 
cantidad del extracto obtenido, no se pudo hacer la caracterización del mismo. Los 
resultados de las diferentes determinaciones se enlistan en la tabla 7.4 
Tabla 7.4 Características del bagazo de la extracción Soxhlet (con base en 
miligramos por kg de FORSU). Las determinaciones poseen error estándar de 5 %. 
 Bagazo 
 Humedad 0 
ST 224,394 
SV 174,598 
SF 49,795 
DQO 293,551 
N-Kjedahl 6,368 
N-amoniacal 534 
Carbohidratos 136,137 
Grasas y aceites 0 
Se puede apreciar que el método sólo consiste en la extracción de grasas y aceites 
de la muestra y que los otros parámetros no fueron afectados. Las cantidades de 
sólidos (en todas sus formas), carbohidratos y proteínas contenidos en el bagazo 
sólo son 10 % menores respecto a la FORSU. Este ligero descenso se debe a que 
las temperaturas superiores (a partir de 40 °C) fomentan la formación de 
melanoidinas a partir de aminoácidos (compuestos formadores de proteínas) y 
carbohidratos esta es la llamada reacción de Maillard (Carrère et al., 2010). Todo 
esto dando como resultado una reducción en un 25% de la demanda química de 
oxígeno respecto a la FORSU. 
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7.5 Comparación de extracciones 
A continuación se enlistan las comparativas de los parámetros con los que se 
caracterizó la FORSU. 
En el caso de los sólidos (en su forma total, volátil y fija) se nota un comportamiento 
similar en todos los sustratos, donde el 75-78 % de los sólidos contenidos es materia 
volátil (Figura 7.1). No obstante, en el lixiviado alcalino se obtiene un 62 % de 
materia volátil, esto puede deberse a la mayor extracción de materia sólida 
comparado a la extracción acuosa, o bien, a la naturaleza del solvente utilizado. 
 
Figura 7.1 Arrastre de sólidos por kilogramo de FORSU bajo diferentes métodos de 
extracción. 
En el caso de la DQO contenida en las diversas muestras (Figura 7.2), un 22-30 % 
de dicho parámetro fue obtenido en el extracto. El bagazo con menor DQO presente 
fue el resultante de la extracción Soxhlet, lo cual puede deberse a la formación de 
melanoidinas, compuestos no degradables (Carrère et al., 2010). 
Para calcular la cantidad de nitrógeno orgánico y cuantificar la proteína se hizo la 
determinación de nitrógeno Kjeldahl. En la figura 7.3 se muestra una comparativa de 
los diferentes sustratos obtenidos, la extracción alcalina tuvo un rendimiento 20 % 
mayor respecto a la extracción acuosa. Cabe destacar que la preparación del 
solvente no requiere gran cantidad de hidróxido de sodio (0.1 M), por lo cual puede 
utilizarse dicha solución como una alternativa a la extracción convencional con agua 
como solvente. Debido a que la extracción Soxhlet es exclusiva para obtener grasas 
y aceites, se obtiene prácticamente la misma cantidad de proteínas que la muestra 
obtenida: sólo un 10 % se pierde debido a la reacción de Maillard. 
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Figura 7.2 Arrastre de DQO por kilogramo de FORSU bajo diferentes métodos de 
extracción. 
 a) 
b)
 
Figura 7.3 Arrastre de nitrógeno con base en kilogramo de FORSU bajo diferentes 
métodos de extracción a) Kjeldal b) amoniacal. 
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Finalmente, el análisis de arrastre de carbohidratos mostró que no existe gran 
variación en cuanto a la eficiencia de extracción (Figura 7.4); la extracción alcalina 
muestra un 10% más de arrastre con respecto a la acuosa. Esto es debido a que las 
proteínas son ligeramente más solubles a valores de pH alcalinos que a valores de 
pH neutros (Voet, 2006). El bagazo de Soxhlet tiene una pérdida de 12 % de los 
carbohidratos con respecto a la FORSU, la cual es una proporción similar a la 
pérdida de proteínas. Esto se debe a que los azúcares pequeños reaccionan con 
mayor velocidad con las proteínas a partir de los 100 °C (Herrera, 2003). 
 
Figura 7.4 Arrastre de carbohidratos por kilogramo de FORSU 
7.6 Potencial bioquímico de metano 
Se realizaron pruebas de potencial bioquímico de metano para determinar el 
potencial de producción de biogás con el que cuentan los diferentes extractos y 
bagazos obtenidos de las extracciones, así como para conocer el efecto que éstas 
tienen en los bagazos sobre dicho potencial. 
Cada sustrato se caracterizó para tener información de la cantidad de sólidos 
volátiles que contienen, esto con objeto de tener una referencia en común para el 
reporte de resultados. Los datos se encuentran en la figura 7.1. 
La prueba de potencial de metano tuvo una duración de 21 días. En la figura 7.5 se 
muestran las curvas de volúmenes producidos de biogás de las muestras obtenidas 
de los diferentes procesos de extracción. El mayor volumen se produjo durante los 
primeros siete días (aproximadamente un 75-80 % se produce en este periodo). Esta 
etapa se relaciona con la presencia de sustratos solubles fácilmente biodegradables. 
A pesar de esto, durante los días posteriores aún hubo producción de biogás, lo cual 
puede estar relacionado con la degradación y solubilización de los sustratos más 
difíciles de hidrolizar. 
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Los reactores con sustratos de pruebas de lixiviación tuvieron un comportamiento 
similar, aunque la producción neta fue mayor en el lixiviado alcalino. 
Puede notarse que los bagazos acuoso y alcalino tienen un comportamiento similar 
al de la FORSU en la producción de biogás (control del experimento). Sin embargo, 
la producción de la muestra de bagazo Soxhlet muestra una menor cantidad de 
biogás producido. 
En la figura 7.5 se observan comportamientos similares entre los lixiviados y bagazos 
de extracciones acuosa y alcalina. En el caso de los extractos alcalinos, la 
producción de biogás fue ligeramente menor con 300 L y 651 L por kilogramo de 
sólidos volátiles de FORSU para el lixiviado y bagazo, respectivamente. Comparado 
a los 319L y 704 L por kilogramos de sólidos volátiles de FORSU, pueden notarse 
variaciones no mayores a 10% entre ambos sustratos. La producción de biogás 
obtenido por el bagazo Soxhlet es de 570 L por kilogramos de sólidos volátiles de 
FORSU, 40% menor a la producción de la FORSU (955 L/kgSV-FORSU), esto puede 
deberse a la producción de material poco degradable durante el proceso de 
extracción. 
En el caso de la extracción acuosa, la producción fue de 319 L y 704 L por kgSV-
FORSU. Estos valores poseen una variación no mayor a 10 % con respecto a la 
producción de los sustratos obtenidos de la extracción alcalina. 
La producción de biogás obtenido por el bagazo Soxhlet es de 570 L por kgSV-
FORSU, 40% menor